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四級濃香菜籽油酶法脫膠工藝條件優化

發布日期:2019-08-28 中國油脂網

 汪增乾,包李林,熊巍林,張謙益,姜 黎
(道道全糧油股份有限公司 國家油菜籽加工技術研發中心,湖南 岳陽414000)
 
 
摘要:選取磷脂酶PLA1,對四級濃香菜籽油進行酶法脫膠工藝研究。分別研究了酶添加量、50%檸檬酸添加量、去離子水添加量、酶解時間對四級濃香菜籽油酶法脫膠效果的影響。在單因素實驗的基礎上,采用響應面實驗設計,對酶法脫膠工藝條件進行優化。結果表明:四級濃香菜籽油酶法脫膠最佳工藝條件為水浴溫度55 ℃、酸反應時間3 min、酶添加量22 mg/kg、50%檸檬酸添加量260 mg/kg、去離子水添加量2%、酶解時間120 min,在該條件下酶法脫膠油磷脂含量為22.26 mg/kg,酸價(KOH)為 2.31 mg/g,收率為96.81%。
關鍵詞:四級濃香菜籽油;酶法脫膠;磷脂含量;酸價;收率
中圖分類號:TS225.1;TS224.6   文獻標識碼:A
文章編號:1003-7969(2019)07-0028-04
 
Optimization of enzymatic degumming of four grade fragrant rapeseed oil
WANG Zengqian,BAO Lilin,XIONG Weilin,ZHANG Qianyi, JIANG Li
(National R & D Center of Rapeseed Processing,Daodaoquan Grain & Oil Co., Ltd.,
Yueyang 414000, Hunan, China)
 
 
Abstract:The enzymatic degumming process of four grade fragrant rapeseed oil using phospholipase A1 was studied. Effects of enzyme dosage, 50% citric acid dosage, deionized water dosage and enzymolysis time on enzymatic degumming of four grade fragrant rapeseed oil were investigated.On the basis of single factor experiment, the enzymatic degumming conditions of four grade fragrant rapeseed oil were optimized by response surface methodology.The results showed that the optimal enzymatic degumming conditions were determined as follows: water bath temperature 55 ℃, acid reaction time 3 min, enzyme dosage 22 mg/kg, 50% citric acid dosage 260 mg/kg, deionized water dosage 2% and enzymolysis time 120 min. Under these conditions, the phospholipid content of enzymatic degummed oil was 22.26 mg/kg, the acid value was 2.31 mgKOH/g, and the yield was 96.81%.
Key words:four grade fragrant rapeseed oil;enzymatic degumming;phospholipid content;acid value; yield

目前,四級濃香菜籽油脫膠較多采用傳統常規脫膠方法,如水化脫膠、酸法脫膠等。傳統脫膠方法\[1\]可以有效地除去水化磷脂,但較難除去非水化磷脂\[2-3\]。而濃香型油脂常采用低溫使磷脂絮凝后通過過濾的方式脫膠,烘炒熱榨菜籽毛油本身低溫下磷脂分離不徹底導致脫膠效果不佳。酶法脫膠\[4-5\]通過添加磷脂酶(LecitaseUltra)\[6-8\]作用于非水化磷脂1-位脂肪酸鏈,生成2-位溶血磷脂和游離脂肪酸。因去掉了一個脂肪酸鏈,磷脂親水性更強,易于水化,同時油腳包裹油脂量減少,脫膠油得率進一步提高\[9\]。
 
近年來,國內工廠酶法脫膠工藝應用逐漸增多,如廣西渤海農業發展有限公司\[10\]利用磷脂酶PLC對大豆油進行酶法脫膠中試,脫膠油收率提高1.38個百分點,平均磷含量為105mg/kg;江蘇泰興振華油脂有限公司\[11\]利用磷脂酶PLA1與PLC混合酶對大豆油進行酶法脫膠中試,脫膠油收率提高0.38個百分點,平均磷含量為5mg/kg;中紡糧油(東莞)有限公司\[12\]利用磷脂酶PLC對大豆油進行酶法脫膠中試,脫膠油收率提高1.34個百分點,平均磷含量為171.89mg/kg。現有工藝中多應用磷脂酶PLC進行酶法脫膠,但其脫膠效果欠佳,仍需后續精煉處理,不適合應用在四級濃香菜籽油加工中。而磷脂酶PLA2仍以實驗室應用較多,受國內法律法規限制,暫時無法大規模商用。綜合脫膠效果、法律法規、成本等多方面因素考慮,本實驗選取磷脂酶PLA1進行酶法脫膠實驗。
 
由于磷脂酶的作用,油脂中游離脂肪酸含量增加,導致其酸價升高。在四級濃香菜籽油精煉過程中僅經過脫膠、脫蠟、脫水等工藝即得最終產品,脫膠后酸價升高將嚴重影響后續加工以及最終菜籽油的品質。因此,本實驗對四級濃香菜籽油酶法脫膠工藝進行優化,在保證菜籽油酸價不顯著升高的前提下,大幅降低毛油磷脂含量并提高油脂收率。
 
1材料與方法
 
1.1實驗材料
 
濃香菜籽油(酸價(KOH)2.29mg/g,磷脂含量445.50mg/kg),道道全重慶糧油有限責任公司提供;磷脂酶PLA1(LecitaseUltra),由丹麥諾維信公司提供,酶活10000U/g;鹽酸、氫氧化鉀、硫酸聯氨、鉬酸鈉稀硫酸溶液、一水檸檬酸等,分析純。
 
HH-8數顯恒溫水浴鍋;UV-1801紫外可見分光光度計;IKAC-MAGHS-10磁力攪拌器;ES-1002HA電子天平;PHS-3C型pH計;TD5A-WS臺式低速離心機;SX2-4-10馬弗爐;GWA-UN1超純水器等。
 
1.2實驗方法
 
1.2.1濃香菜籽油的酶法脫膠
 
稱取200g濃香菜籽油于500mL燒杯中,水浴加熱至55℃,加入一定量50%檸檬酸溶液后在500r/min的機械攪拌下維持3min,將一定量磷脂酶與去離子水混勻后加入油中,在500r/min的機械攪拌下維持5min,后改為350r/min的機械攪拌下酶解一段時間。反應結束后于3000r/min離心2min,取上層油樣測定磷脂含量。
 
1.2.2磷脂含量和酸價測定
 
參照GB/T5537—2008(鉬藍比色法)對樣品進行磷脂含量的測定;參照GB5009.229—2016對樣品進行酸價的測定。
 
2結果與分析
 
2.1單因素實驗
 
2.1.1酶添加量對酸價與磷脂含量的影響
 
在水浴溫度55℃、50%的檸檬酸添加量200mg/kg、酸反應時間3min、去離子水添加量2%、酶解時間120min條件下,考察酶添加量對菜籽油酸價與磷脂含量的影響,結果見圖1。
 
 
由圖1可知,隨著酶添加量的增加,菜籽油酸價逐漸升高,磷脂含量逐漸降低。這是因為磷脂酶在特定條件下作用于磷脂1-位的脂肪酸鏈生成2-位溶血磷脂和游離脂肪酸\[13\],游離脂肪酸增多導致酸價升高;而隨著酶添加量的增加,磷脂含量逐漸降低,當酶添加量為50mg/kg時磷脂含量可降至1282mg/kg,繼續增加酶添加量,磷脂含量緩慢降低,變化不明顯,當酶添加量為90mg/kg時磷脂含量為9.12mg/kg。綜合考慮,最適酶添加量選擇30mg/kg。
 
2.1.250%檸檬酸添加量對酸價與磷脂含量的影響
 
在水浴溫度55℃、酸反應時間3min、酶添加量50mg/kg、去離子水添加量2%、酶解時間120min條件下,考察50%檸檬酸添加量對菜籽油酸價與磷脂含量的影響,結果見圖2。
 
 
 
由圖2可知,隨著50%檸檬酸添加量的增加,酸價與磷脂含量均先降低后升高,在250mg/kg時達到最低點。這是因為隨著反應體系中電解質增多有利于磷脂發生凝聚,而此時酶反應較少,當50%檸檬酸添加量大于250mg/kg后磷脂酶逐漸起到主導作用,游離脂肪酸增多導致酸價升高;檸檬酸在油脂中可以螯合金屬離子,減少金屬離子對酶的抑制,同時還可以調節反應體系的pH,有利于酶作用的發揮,所以在50%檸檬酸添加量為250mg/kg達到磷脂酶最適pH區間,此時磷脂含量達到最低。綜合考慮,最佳50%檸檬酸添加量選取250mg/kg。
 
2.1.3去離子水添加量對酸價與磷脂含量的影響
 
在水浴溫度55℃、50%檸檬酸溶液添加量200mg/kg、酸反應時間3min、酶添加量50mg/kg、酶解時間120min條件下,考察去離子水添加量對菜籽油酸價與磷脂含量的影響,結果見圖3。
 
 
 
由圖3可知,隨著去離子水添加量的增加,酸價緩慢升高,磷脂含量在去離子水添加量0%~2%之間顯著降低,當去離子水添加量大于2%時磷脂含量反而增加。這是因為隨著去離子水添加量的增大,磷脂微粒逐漸絮凝,而去離子水添加量過多導致菜籽油乳化,不利于后續分離\[14\]。綜合考慮,最佳去離子水添加量選取2%。
 
2.1.4酶解時間對酸價與磷脂含量的影響
 
在水浴溫度55℃、50%檸檬酸溶液添加量200mg/kg、酸反應時間3min、酶添加量50mg/kg、去離子水添加量2%條件下,考察酶解時間對菜籽油酸價與磷脂含量的影響,結果見圖4。
 
 
由圖4可知,隨著酶解時間的延長,菜籽油酸價逐漸升高,而磷脂含量在酶解90min內下降顯著,由30min的53.52mg/kg降到14.25mg/kg,酶解120~150min磷脂含量變化不顯著,僅由9.85mg/kg降至9.81mg/kg。因為隨著酶解時間的延長,反應逐漸完全,酸價相應升高,磷脂含量逐漸降低。綜合考慮,最佳酶解時間選取120min。
 
2.2響應面實驗
 
結合單因素實驗結果,選擇酶添加量(A)、50%檸檬酸添加量(B)、去離子水添加量(C)、酶解時間(D)為自變量,濃香菜籽油酶法脫膠綜合得分(Y)為因變量,運用DesignExpertV8.0.6軟件設計響應面實驗。響應面實驗因素水平見表1,響應面實驗設計及結果見表2,方差分析見表3。
 
 
 
 
通過Design ExpertV8.0.6軟件對表2中的綜合得分進行響應面回歸分析,得到回歸方程:Y=69.85-7.57A+1.2B+0.77C+0.34D-1.18AB-0.72AC+0.14AD-0.22BC-0.018BD+0.022CD-5.29A2-5.36B2-1.07C2-1.15D2。
 
 
由表3可知,此回歸方程極顯著,失擬項不顯著。且該模型總決定系數R2=09356,調整決定系數R2Adj=0.9757,表明該模型擬合度好,誤差小,可利用此回歸方程對實驗數據進行分析和預測。模型中因素A、B、A2、B2、D2影響極顯著,因素C、AB、C2影響顯著,說明各個因素對濃香菜籽油酶法脫膠綜合得分的影響并非簡單的線性關系。各因素對濃香菜籽油酶法脫膠綜合得分的影響程度從大到小依次為酶添加量>50%檸檬酸添加量>去離子水添加量>酶解時間。
 
2.3驗證實驗
 
通過DesignExpertV8.0.6軟件對響應值(Y)進行優化分析,得出最優工藝參數為酶添加量2225mg/kg、50%檸檬酸添加量259.23mg/kg、去離子水添加量2.3%、酶解時間121.05min,在此條件下綜合得分理論值7314,即酸價(KOH)為2.33mg/g,磷脂含量為2207mg/kg。為便于實際操作,選用酶添加量22mg/kg、50%檸檬酸添加量260mg/kg、去離子水添加量2%、酶解時間120min,在此條件下進行3組平行實驗,得到的平均綜合得分為73.21,即平均酸價(KOH)為2.31mg/g,平均磷脂含量為22.26mg/kg。實驗結果與理論值吻合,相對誤差在有效范圍內,說明采用響應面法優化的濃香菜籽油酶法脫膠工藝參數可靠。酶法脫膠油收率為96.81%,較常規水化脫膠提高約1個百分點。
 
脫膠后的濃香菜籽油經過滅酶活(85℃,5~10min)、離心(3000r/min,3min)、脫水(加5%菜籽餅粉20~30min)、離心(3000r/min,3min)、脫蠟(5℃,30min)處理后得到的四級濃香菜籽油各項理化指標均符合我國四級菜籽油標準,且芳香成分與常規水化脫膠的無明顯差異,該酶法脫膠工藝經中試試驗合格后即可應用于現有四級濃香菜籽油脫膠工藝中。
 
3結論
 
通過響應面優化得到濃香菜籽油酶法脫膠最優工藝條件為水浴溫度55℃、酸反應時間3min、酶添加量22mg/kg、50%檸檬酸添加量260mg/kg、去離子水添加量2%、酶解時間120min,此條件下脫膠油酸價(KOH)為2.31mg/g,較毛油僅提高087%,磷脂含量為22.26mg/kg,較毛油降低95%,收率為96.81%,較常規水化脫膠提高約1個百分點。

  
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